DE4014272A1

DE4014272A1 - Verfahren zur herstellung von n-succinimidylcarbonaten

Info

Publication number: DE4014272A1
Application number: DE4014272A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Dr Steinbauer; Wolfgang Huber; Rupert Koegler
Original assignee: Chemie Linz Deutschland GmbH
Current assignee: Chemie Linz Deutschland GmbH
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1990-05-04
Publication date: 1991-11-07
Also published as: ATE115563T1; CS9100950A2; YU48206B; EP0451519A1; HUT56819A; AT394852B; HU207716B; SK277921B6; YU62891A; CZ279743B6; DE59103839D1; ATA83990A; EP0451519B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von N-Succinimidylcarbonaten durch Phosgenierung von Alkoholen zu den entsprechenden Chlorkohlensäureestern und anschließende Umsetzung mit N-Hydroxysuccinimid.

N-Succinimidylcarbonate werden in der Synthese von Peptiden zur Einführung geeigneter Schutzgruppen für die Aminofunktion von Aminosäuren verwendet. Die N-Succinimidylcarbonate werden aufgrund ihrer selektiveren Reaktion gegenüber den entsprechenden Säurechloriden bevorzugt. Eine besonders gut geeignete Schutzgruppe ist die 9-Fluorenylmethyloxycarbonylgruppe, da diese sehr leicht unter milden basischen Bedingungen abgespalten werden kann.

Zur Herstellung von N-Succinimidylcarbonaten sind im wesentlichen zwei Reaktionswege bekannt.

In Ten Kortenaar et al., Int. Peptide Protein Research 27 (1986), 398ff ist die Herstellung von 9-Fluorenylmethylsuccinimidylcarbonat durch Phosgenierung von 9-Fluorenylmethanol und anschließende Umsetzung mit N-Hydroxysuccinimid beschrieben. Die Phosgenierung erfolgt durch Zudosieren des Alkohols in flüssiges Phosgen bei einer Temperatur von -78°C. Der entstandene Chlorkohlensäureester wird isoliert, in Dioxan gelöst und mit N-Hydroxysuccinimid in Gegenwart von Triethylamin als Neutralisationsmittel bei einer Temperatur von 10-15°C umgesetzt.

Nach L. A. Carpino, G. Y-Han, J. Org. Chem. Vol 37, (1972) 3404 ff. kann die Phosgenierung auch durch Zugabe des Alkohols zu einer Lösung von Phosgen in Dichlormethan durchgeführt werden.

Bei beiden Verfahren ist in der Lösung eine sehr hohe Konzentration an Phosgen vorhanden, was aus sicherheitstechnischen Gründen bedenklich ist. Das überschüssige Phosgen muß nach beendeter Phosgenierung entfernt werden. Der bei der Phosgenierung als Nebenprodukt entstandene Chlorwasserstoff würde bei der anschließenden Umsetzung neben dem Chlorkohlensäureester mit dem als Neutralisationsmittel eingesetzten organischen Amin zum entsprechenden Aminhydrochlorid reagieren. Er muß daher ebenfalls entfernt werden. Die entstandenen Aminhydrochloride sind außerdem umweltfreundliche Nebenprodukte, die entsorgt werden müssen. Ferner entsteht bei der Umsetzung des Chlorkohlensäureesters mit N-Hydroxysuccinimid in Gegenwart eines organischen Amins aufgrund der basischen Labilität des Fluorenylesters leicht das Spaltprodukt Dibenzofulven, wodurch die Ausbeute vermindert wird.

Nach A. Paquet, Can. J. Chem 60 (1982), 976ff kann die Herstellung von 9-Fluorenylmethylsuccinimidylcarbonat auch durch Phosgenierung des Cyclohexylaminsalzes von N-Hydroxysuccinimid und anschließende Umsetzung des Succinimidylchlorkohlensäureesters mit 9-Fluorenylmethanol erfolgen. Dabei wird zu einer Suspension des N-Hydroxysuccinimidsalzes bei -30°C flüssiges Phosgen eingeleitet, das entstandene Dicyclohexylaminhydrochlorid wird abgetrennt und der Succinylimidylchlorkohlensäureester isoliert. Die anschließende Umsetzung mit 9-Fluorenylmethanol erfolgt in Dichlormethan in Gegenwart von Pyridin als Neutralisationsmittel.

Auch bei diesen Verfahren müssen vor der Umsetzung des Chlorkohlensäureesters, die bei der Phosgenierung entstandenen Nebenprodukte, sowie das überschüssige Phosgen entfernt werden. Es entsteht sowohl bei der Phosgenierung als auch bei der weiteren Umsetzung des Chlorkohlensäureesters ein Aminhydrochlorid, das entsorgt werden muß.

Für eine Herstellung von N-Hydroxysuccinimidylcarbonaten im technischen Maßstab sind die bekannten Verfahren demnach schlecht geeignet.

Es konnte nun ein Verfahren zur Herstellung von N-Succinimidylcarbonaten gefunden werden, bei dem das Zwischenprodukt nicht isoliert werden muß und die entstandenen anorganischen Salze leicht abgetrennt werden können.

Gegenstand der Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von N-Succinimidylcarbonaten der Formel I

in der Ar einen 9-Fluorenylrest, einen Phenylrest, der gegebenenfalls durch Halogen, Nitro, Alkyl mit 1-4 C-Atomen oder einen 5- oder 6gliedrigen heteroaromatischen Rest mit ein oder zwei N- oder S-Atomen bedeutet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Alkohol der Formel II,

Ar-CH₂OH

in der Ar die oben angegebene Bedeutung hat mit Phosgen in Gegenwart eines inerten mit Wasser mischbaren Verdünnungsmittel zu einem Chlorkohlensäureester der Formel III,

reagieren läßt und die Reaktionsmischung ohne Isolierung der Verbindung der Formel III mit einer wäßrigen Lösung von N-Hydroxysuccinimid in Gegenwart eines Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumhydrogencarbonats oder -carbonats als Neutralisationsmittel umsetzt und die Verbindung der Formel I aus der organischen Phase isoliert.

Als Ausgangsverbindungen werden Alkohole der Formel II verwendet, in der Ar einen Fluorenylrest oder einen Phenylrest, der gegebenenfalls ein- oder mehrfach durch Halogen, beispielsweise Chlor, Brom oder Fluor, Nitro, Alkyl mit 1-4 C-Atomen oder Trifluormethyl substituiert sein kann. Beispiele für solche substituierten Phenylreste sind der 2-Chlorphenylrest, der 4- Chlorphenylrest, der 2,4-Dichlorphenylrest, der 2-Bromphenylrest, der 4-Fluorphenylrest, der Methylphenylrest, der Trifluormethylphenylrest. Ferner kann Ar einen 5- oder 6gliedrigen heteroaromatischen Ring bedeuten, der als Heteroatome ein oder zwei N- oder S-Atome enthält, beispielsweise einen Pyridyl-, einen Pyridazinyl-, einen Pyrimidyl- oder einen Thienylrest.

Vorzugsweise werden solche Alkohole der Formel I eingesetzt, in der Ar den 9-Fluorphenyl-, den Phenyl- oder den 2-Chlorphenylrest bedeutet.

Die Umsetzung des Alkohols mit Phosgen erfolgt in einem unter Reaktionsbedingungen inerten mit Wasser mischbaren Verdünnungsmittel, beispielsweise in einem cyclischen Ether wie Tetrahydrofuran oder Dioxan oder in einem offenkettigen Ether wie einem Diether des Di-, Tri- oder Tetraethylenglykol. Die Reaktionspartner werden üblicherweise in äquivalenten Mengen eingesetzt. Zur Vervollständigung der Reaktion kann es vorteilhaft sein, einen etwa 10%igen Überschuß an Phosgen einzusetzen.

Bei der Durchführung der Reaktion ist es vorteilhaft den Alkohol im Verdünnungsmittel vorzulegen und Phosgen einzuleiten, da dadurch die Konzentration an Phosgen in der Lösung gering gehalten wird. Die Phosgenierungsreaktion erfolgt bei Temperaturen von etwa 0-20°C.

Die aus der Phosgenierung erhaltene Reaktionslösung wird zu einer wäßrigen Lösung gegebenenfalls in Mischung mit dem inerten Verdünnungsmittel von N-Hydroxysuccinimid und einem Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumhydrogencarbonat oder -carbonat zudosiert.

Pro Mol Alkohol wird üblicherweise 1 Mol N-Hydroxysuccinimid eingesetzt. Bei der Reaktion entstehen pro Mol Phosgen 2 Mol HCl. Zur Neutralisation sind daher 2 Äquivalente Neutralisationsmittel erforderlich. Beispiele für geeignete Neutralisationsmittel sind Kaliumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, Calcium, Ammoniumhydrogencarbonat oder Ammoniumcarbonat.

Chlorkohlensäureester sind, je nach Stabilität der Alkoholkomponente, mehr oder weniger hydrolyseempfindlich. Bei den anmeldungsgemäß verwendeten Chlorkohlensäureestern findet jedoch beim Einbringen in die wäßrige Lösung keine Hydrolyse des Chlorkohlensäureesters und anschließende Decarboxylierung zum Alkohol statt, es findet eine praktisch vollständige Umsetzung zum N-Succinimidylcarbonat statt. Das aus der Phosgenierung gegebenenfalls vorhandene überschüssige Phosgen wird sofort hydrolysiert. Als Nebenprodukt fallen die entsprechenden Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumchloride und gegebenenfalls CO₂ an.

Gegen Ende der Umsetzung findet eine Phasentrennung statt, wobei die wäßrige Phase das Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumchlorid enthält. Die organische Phase enthält das N-Succinimidylcarbonat, das leicht durch Abdampfen des Lösungsmittels isoliert werden kann.

Beispiel 1

98,1 g (0,50 mol) Fluoren-9-methanol wurden in 300 ml Tetrahydrofuran gelöst und die Lösung auf 15°C abgekühlt. Innerhalb von 30 Minuten wurden unter Kühlung 54,4 g (0,55 mol) Phosgen eingeleitet. Anschließend wurde die Lösung 1,5 Stunden bei 15°C nachgerührt (1. Stufe). In einem zweiten Reaktionsgefäß wurden 63,3 g (0,55 mol) N-Hydroxysuccinimid 115,1 g (1,15 mol) Kaliumhydrogencarbonat, 350 ml Wasser und 300 ml Tetrahydrofuran vorgelegt. Die Reaktionslösung aus der 1. Stufe wurde rasch dosiert und anschließend eine Stunde gerührt. Gegen Ende der Reaktion fand eine Phasentrennung statt. Die Tetrahydrofuranphase wurde abgetrennt und eingedampft.

Es wurden 162 g 9-Fluorenylmethylsuccinimidylcarbonat erhalten. Die Ausbeute betrug 96% der Theorie bezogen auf eingesetztes Fluoren-9-methanol. Eine Analyse durch HPLC ergab einen Gehalt von 98%. Durch Digerieren mit Isopropanol kann ein Produkt in 99,9% Reinheit erhalten werden.

¹H-NMR (CDCl₃):=7,77 (d. J=7,5 Hz; 2 H) 7,62 (d. J=7,5 Hz; 2 H), 7,43 (t, J=7,5 Hz, 2 H), 7,36 (t, J=7,5 Hz; 2 H), 4,56 (d. J=7,5 Hz; 2 H), 4,33 (t, J=7,5 Hz; 1 H), 2,80 (s; 4 H) ppm.

Beispiel 2

54,1 g (0,50 mol) Benzylalkohol wurden in 300 ml Tetrahydrofuran gelöst. In diese Lösung wurden unter Kühlung innerhalb einer Stunde 49,9 g (0,505 mol) Phosgen eingeleitet und 30 Minuten bei 15°C nachgerührt (1. Stufe). In ein weiteres Reaktionsgefäß wurde eine Lösung von 57,5 g (0,5 mol) N-Hydroxysuccinimid, 105,1 g Kaliumhydrogencarbonat (1,05 mol), 350 ml Wasser und 300 ml Tetrahydrofuran vorgelegt. Die Reaktionslösung aus der 1. Stufe wurde rasch dosiert und 20 Minuten gerührt. Gegen Ende der Reaktion fand eine Phasentrennung statt. Die Tetrahydrofuranphase wurde abgetrennt und eingedampft.

Es wurden 120 g Benzylsuccinimidylcarbonat erhalten. Die Ausbeute betrug 96% der Theorie, bezogen auf den eingesetzten Benzyalkohol.

¹H-NMR (CDCl₃):=7,40 (s; 5 H), 5,32 (s; 2 H), 2,82 (s; 4 H) ppm.

Beispiel 3

71,3 g (0,50 mol) 2-Chlorbenzylalkohol wurden in 300 ml Tetrahydrofuran gelöst. In diese Lösung wurde unter Kühlung innerhalb von 45 Minuten 54,4 g Phosgen (0,550 mol) eingeleitet und 1 Stunde bei 15°C nachgerührt (1. Stufe).

In ein weiteres Reaktionsgefäß wurde eine Lösung von 57,5 g (0,5 mol) N-Hydroxysuccinimid, 115,1 g Kaliumhydrogencarbonat (1,150 mol), 350 ml Wasser und 300 ml Tetrahydrofuran vorgelegt. Die Reaktionslösung aus der 1. Stufe wurde rasch dosiert und eine Stunde gerührt. Gegen Ende der Reaktion fand eine Phasentrennung statt. Die Tetrahydrofuranphase wurde abgetrennt und eingedampft. Es wurden 138 g 2-Chlorbenzylsuccinimidylcarbonat erhalten. Die Ausbeute betrug 97% der Theorie, bezogen auf 2-Chlorbenzylalkohol.

¹H-NMR (CDCl₃):=7,3-7,5 (m; 4 H), 5,43 (s; 2 H), 2,80 (s; 4 H) ppm.

Beispiel 4

44,3 g (0,25 mol) 2,4-Dichlorbenzylalkohol wurden in 300 ml Tetrahydrofuran gelöst. In diese Lösung wurde unter Kühlung innerhalb von 45 Minuten 27,2 g Phosgen (0,272 mol) eingeleitet und 1 Stunde bei 15°C nachgerührt (1. Stufe).

In ein weiteres Reaktionsgefäß wurde eine Lösung von 28,8 g (0,25 mol) N-Hydroxysuccinimid, 57,5 g Kaliumhydrogencarbonat (0,575 mol), 350 ml Wasser und 300 ml Tetrahydrofuran vorgelegt. Die Reaktionslösung aus der 1. Stufe wurde rasch dosiert und eine Stunde gerührt. Gegen Ende der Reaktion fand eine Phasentrennung statt. Die Tetrahydrofuranphase wurde abgetrennt und eingedampft. Es wurden 75 g 2,4-Dichlorbenzylsuccinimidylcarbonat erhalten. Die Ausbeute betrug 94% der Theorie, bezogen auf 2,4-Dichlorbenzylalkohol.

¹H-NMR (CDCl₃):=7,27-7,45 (m; 3 H), 5,40 (s; 2 H), 2,84 (s; 4 H) ppm.

Beispiel 5

76,6 g (0,50 mol) 4-Nitrobenzylalkohol wurden in 300 ml Tetrahydrofuran gelöst. In diese Lösung wurde unter Kühlung innerhalb von 45 Minuten 54,4 g Phosgen (0,550 mol) eingeleitet und 1 Stunde bei 15°C nachgerührt (1. Stufe).

In ein weiteres Reaktionsgefäß wurde eine Lösung von 57,5 g (0,5 mol) N-Hydroxysuccinimid, 115,1 g Kaliumhydrogencarbonat (1,150 mol), 350 ml Wasser und 300 ml Tetrahydrofuran vorgelegt. Die Reaktionslösung aus der 1. Stufe wurde rasch dosiert und eine Stunde gerührt. Gegen Ende der Reaktion fand eine Phasentrennung statt. Die Tetrahydrofuranphase wurde abgetrennt und eingedampft. Es wurden 140 g 4-Nitrobenzylsuccinimidylcarbonat erhalten. Die Ausbeute betrug 95% der Theorie, bezogen auf 4-Nitrobenzylalkohol.

¹H-NMR (CDCl₃):=8,27 (d. J.=8,7 Hz; 2 H) 7,58 (d. J.=8,7 Hz; 2 H), 5,42 (s, 1 H), 2,86 (s, 4 H) ppm.

Beispiel 6

80,1 g (0,40 mol) 3-Phenoxybenzylalkohol wurden in 300 ml Tetrahydrofuran gelöst. In diese Lösung wurde unter Kühlung innerhalb von 45 Minuten 43,5 g Phosgen (440 mol) eingeleitet und 1 Stunde bei 15°C nachgerührt (1. Stufe).

In ein weiteres Reaktionsgefäß wurde eine Lösung von 46,0 g (0,4 mol) N-Hydroxysuccinimid, 92,1 g Kaliumhydrogencarbonat (0,92 mol), 350 mol Wasser und 300 ml Tetrahydrofuran vorgelegt. Die Reaktionslösung aus der 1. Stufe wurde rasch dosiert und eine Stunde gerührt. Gegen Ende der Reaktionszeit fand eine Phasentrennung statt. Die Tetrahydrofuranphase wurde abgetrennt und eingedampft. Es wurden 127 g 3-Phenoxybenzylsuccinimidylcarbonat erhalten. Die Ausbeute betrug 93% der Theorie, bezogen auf 3-Phenoxybenzylalkohol.

¹H-NMR (CDCl₃):=7,01-8,38 (m; 10 H), 5,27 (s; 2 H), 2,83 (s; 4 H) ppm.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von N-Succinimidylcarbonaten der Formel in der Ar einen 9-Fluorenylrest, einen Phenylrest, der gegebenenfalls durch Halogen, Nitro, Alkyl mit 1-4 C-Atomen oder Trifluormethyl substituiert sein kann, oder einen 5- oder 6gliedrigen heteroaromatischen Rest mit ein oder zwei N- oder S-Atomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Alkohol der FormelAr-CH₂OH (II)in der Ar die oben angegebene Bedeutung hat mit Phosgen in Gegenwart eines inerten mit Wasser mischbaren Verdünnungsmittels zu einem Chlorkohlensäureester der Formel reagieren läßt und die Reaktionsmischung ohne Isolierung der Verbindung der Formel III mit einer wäßrigen Lösung von N-Hydroxysuccinimid in Gegenwart eines Alkali-, Erdalkali- oder Ammoniumhydrogencarbonats oder -carbonats als Neutralisationsmittel umsetzt und die Verbindung der Formel I aus der organischen Phase isoliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Verdünnungsmittel ein cyclischer oder offenkettiger Ether verwendet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Neutralisationsmittel Natriumhydrogencarbonat, Natriumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat oder Ammoniumcarbonat verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkohol der Formel I eingesetzt wird, in der Ar den 9-Fluorenylrest, den Phenylrest oder den 2- Chlorphenylrest bedeutet.